今天早上起床后,我从冰箱拿了瓶红酒倒入我平常喝水的杯子。坐在窗边的书桌前准备写这篇文章。我拿起杯子,晃荡杯中的红酒⸺红色的涟漪⸺由粒子组成的红酒在宏观上表现出了海的波浪。这没有什么奇特的。但你怎么能想象,微观的粒子,竟也能呈现波动性呢?

在双缝试验中,遮住双缝中任意一条缝隙后,都能在背屏上看到一条中间亮两边暗的粒子图像。你期望双缝一起打开后的图像,是两幅单缝图像的直接叠加。但实验结果表明,最后的图像表现出了干涉性,而这只有当粒子具有波动性才能得到。因为只有波才能存在相干叠加,粒子只有简单的碰撞。从结果倒推回去,粒子必须是波才行,你能反驳吗?

也许是多个粒子之间的相互干扰造成干涉图案呢?但改进实验,使得粒子能够一个一个的通过双缝后,得到的图案还是和之前的实验保持一致。

实验中,粒子是一个一个飞到屏幕上的,每个粒子去到的位置,每次都是随机的。当多次重复实验后,才能看到背屏上图像的显现。有人对此给了一个争论不休的统计解释:粒子在某个时刻的行为用一个含时间和位置的波函数表示,粒子出现在某个具体位置的概率与波函数的模的平方成正比。概率需要归一,需要有100%的概率做最高的限制。最后,根据实验后背屏上的亮暗,画出图像,越亮的地方图像越高,归一后的图像表示粒子到达此处的概率。如若不归一,那就是粒子到达的数目之多少。

在经典力学中,粒子具有确定的动量和能量,同时还具有确定的运动轨道。在统计解释里,一个经过狭缝的粒子,可以去往屏幕上的很多地方,最终会去到哪里,我们不知道。能够知道的,就是出现在某处的概率。也就是说,粒子同时具有多个可能的路径,同时具有多个运动的轨道,每个轨道有一定的出现几率。这也就意味着,它没有确定轨道。费曼由此理念,设计出了路径积分的量子化方案。

一个自由粒子,能量和动量都不变,那么频率和波数也不变,那只能是一个平面单色波。既然粒子具有波动性,那为什么我们看到的世界这么坚固呢?根据德布罗意关系,可以算出物质波的波长。这个波长非常小,以至于宏观的实物无法体现出波动性来。